黑色素是由黑素细胞合成的，人类的黑素细胞存在于皮肤、黏膜、脉络网、视网膜、软脑膜、内耳（耳蜗、前庭迷路中）及胆囊与卵巢等处。这些细胞包括两型，树枝状和非树枝状，都合成黑素。但只有树枝状细胞能够转移黑素到其他细胞，非树枝状细胞（眼的脉络网和视网膜，以及软脑膜）保留它们合成的黑素体。皮肤黑素细胞主要分布在表皮基底层，也见于毛球及外毛根鞘。人的表皮约有20亿个黑素细胞，重约1克，平均每平方毫米有1560个黑素细胞，并对程分布于全身。身体部位不同，黑素细胞密度不同，躯干、上臂少，每平方毫米1100-1250个，面部较多，每平方毫米可达2900个。随年龄增加皮肤毛囊内活性的黑素细胞数目减少。
黑素细胞能合成并分泌黑色素，因此是一种腺细胞。然而黑色素的生物合成过程极为复杂，是通过未成熟的黑色素内酪氨酸-酪氨酸酶反应形成。
